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Otimização superestrutural de biorrefinaria de cana-de-açúcar com hidrólise e gaseificação da biomassa vegetal e biodigestão da vinhaça e do licor de pentoses
dc.contributor.author | Fonseca, Gabriel de Castro | |
dc.date.accessioned | 2018-09-13T19:30:58Z | |
dc.date.available | 2018-09-13T19:30:58Z | |
dc.date.issued | 2018-08-20 | |
dc.identifier.citation | FONSECA, Gabriel de Castro. Otimização superestrutural de biorrefinaria de cana-de-açúcar com hidrólise e gaseificação da biomassa vegetal e biodigestão da vinhaça e do licor de pentoses. 2018. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2018. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/10459. | * |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/10459 | |
dc.description.abstract | The production of ethanol in sugarcane biorefineries generates large amounts of by-products such as straw, bagasse and vinasse. The objective of this work was to develop and implement a tool for the analysis of investments within the framework of a sugarcane ethanol bio-refinery (E1G) designed to take advantage of all these by-products in the production of second generation ethanol (E2G) and electricity. The combustion of bagasse in low pressure boilers for energy self-sufficiency of the process is a widely used technology. Not all distilleries, however, adopt the technology to produce surplus electricity. Two alternatives for the production of these surpluses were examined: the combustion of straw and bagasse in high pressure boilers (Rankine cycle) and biomass integrated gasification combined cycle (BIGCC). The impact of biogas production by anaerobic digestion of vinasse on the techno-economical viability of the process was also investigated, since the production of second generation ethanol leads to vinasse throughputs even larger than those observed in traditional distilleries. An autonomous distillery with capacity to process 3.84 million tons of cane per harvest and recovery of 50 % of straw from the field was considered. The economic analysis was based on factored-cost estimates and on superstructural optimization in order to define the optimal fraction of hydrolyzed bagasse and the best process for energy production. The uncertainty regarding the economic analysis was estimated by the Monte Carlo method. Different case studies were evaluated assuming changes in product prices, reduction in investment costs due to technological learning effects and expectations for the long-term scenario. In most scenarios the optimal operation involved the generation of electricity by combustion of biomass in high pressure turbines and in all scenarios, the optimum involved the hydrolysis of all bagasse and the production of biogas. Nonetheless, under the conditions evaluated in this work, none of the scenarios evaluated were deemed economically feasible, suggesting that these technologies are not yet sufficiently mature for commercial use without support from the public sector. | eng |
dc.description.sponsorship | Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) | por |
dc.language.iso | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
dc.rights.uri | Acesso aberto | por |
dc.subject | Biorrefinaria | por |
dc.subject | Otimização superestrutural | por |
dc.subject | Etanol 2G | por |
dc.subject | Cogeração | por |
dc.subject | Gaseificação | por |
dc.subject | Biorefinery | eng |
dc.subject | Superstructural optimization | eng |
dc.subject | Ethanol 2G | eng |
dc.subject | Cogeneration | eng |
dc.subject | Gasification | eng |
dc.title | Otimização superestrutural de biorrefinaria de cana-de-açúcar com hidrólise e gaseificação da biomassa vegetal e biodigestão da vinhaça e do licor de pentoses | por |
dc.title.alternative | Superstructural optimization of sugarcane biorefinery with hydrolysis and gasification of plant biomass and biodigestion of vinasse and pentose liquor | eng |
dc.type | Tese | por |
dc.contributor.advisor1 | Cruz, Antonio José Gonçalves da | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/1812806190521028 | por |
dc.contributor.advisor-co1 | Costa, Caliane Bastos Borba | |
dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/1602653870311562 | por |
dc.description.resumo | A produção de etanol em biorrefinarias de cana-de-açúcar gera grandes quantidades de subprodu- tos na forma de palha, bagaço e vinhaça. O objetivo deste trabalho foi desenvolver e implementar uma ferramenta para análise de investimentos no âmbito de uma biorrefinaria de etanol de cana-de-açúcar (E1G) projetada para aproveitar esses subprodutos na produção de etanol de segunda geração (E2G) e eletricidade. A combustão do bagaço em caldeiras de baixa pressão visando a autossuficiência energética do processo é uma tecnologia amplamente utilizada. Nem todas as destilarias, entretanto, adotam a tecnologia para produção de excedentes de eletricidade. Duas alternativas para produção desses excedentes foram examinadas: a combustão da palha e bagaço em caldeiras de alta pressão (ciclo Rankine) e a cogeração integrada à gaseificação da biomassa (BIGCC). Estudou-se ainda o impacto da produção de biogás por digestão anaeróbia da vinhaça na viabilidade tecno-econômica do processo, haja vista que a produção de etanol de segunda geração leva à produção de volumes de vinhaça ainda maiores que os observados nas destilarias convencionais. Considerou-se uma destilaria autônoma com capacidade para processar 3,84 milhões de toneladas de cana por safra e recuperação de 50 % da palha do campo. A análise econômica se baseou em estimativas fatoradas dos custos e otimização superestrutural para definir a fração ótima de bagaço hidrolisado e melhor processo para produção de energia. Estimou-se a incerteza relativa à análise econômica pelo método de Monte Carlo. Diferentes estudos de caso foram avaliados assumindo-se variações nos preços de produtos, redução nos custos de investimento devidos a efeitos de aprendizado tecnológico e expectativas para o cenário de longo prazo. Na maioria dos cenários a operação ótima envolveu a geração de eletricidade por combustão da biomassa em turbinas de alta pressão e em todos os cenários, o ótimo envol- veu hidrólise de todo o bagaço e produção de biogás. Contudo, nas condições avaliadas neste trabalho, nenhum dos cenários avaliados se mostrou economicamente viável, o que sugere que essas tecnologias ainda não estão suficientemente maduras para uso comercial sem apoio do setor público. | por |
dc.publisher.initials | UFSCar | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ | por |
dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA | por |
dc.description.sponsorshipId | CNPq: 142223/2016-6 | por |
dc.ufscar.embargo | Online | por |
dc.publisher.address | Câmpus São Carlos | por |
dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/4378950347916839 | por |